L'expérience D'exactitude De L'essai D'orniérage Et De .

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L'expérience d'exactitudede l'essai d'orniérage et de répétabilitédu compactage de plaquesRené HIERNAUXAssistantLaboratoire régional d e s Ponts et Chaussées de Saint-QuentinRESUMEL'essai d'orniérage est actuellement le seulprévu dans la méthode française d'étude d eformulation d e s enrobés bitumineux pourdéterminer leur résistance aux déformationspermanentes. Il a fait l'objet e n 1992 d'uneexpérience d'exactitude visant à déterminersa répétabilité et sa reproductibilité a u sensde la norme I S O 5725 relative a u x essaisinterlaboratoires. Pour réaliser un c o m p r o m i ssatisfaisant entre le nombre d e laboratoiresparticipants et le nombre d e répétitions parlaboratoire, il a été décidé de retenir 12 laboratoires, représentatifs d e la répartition d el'ensemble d e s orniéreurs, chacun ayant àréaliser 4 essais. Chacun d'eux étant lamoyenne d e s mesures effectuées sur deuxéprouvettes, il a été nécessaire d e confectionner 9 6 plaques auxquelles sont venuess'ajouter 2 4 plaques d e secours. Pour nepas introduire de biais, la fabrication d e s plaques a été réalisée dans le m ê m e laboratoire. Pour conserver à l'étude un volume raisonnable, l'expérience n'a porté q u e sur uneseule formule compactée à une seuleénergie d e compactage.Les résultats obtenus paraissent satisfaisants e n regard d e s seuils fixés par lesnormes définissant les différentes catégoriesde bétons bitumineux puisque la répétabilitémoyenne est d e 1 , 1 0 % et la reproductibilitéde 1,15 %. La répétabilité d u pourcentage devides d e s plaques, déterminé a u banc d egammadensimétrie dans un seul laboratoire,est d e 1 , 1 0 % .M O T S C L E S : 31 - Essai - Ornière Répétabilité- Reproductibilité- Étalonnagecroisé - Enrobé - Compactage - Eprouvette Dalle.IntroductionDans la méthodologie d ' é t u d e de formulation desenrobés bitumineux, l a résistance aux déformations permanentes est normalement évaluée par l'essai d ' o r n i é rage. Après l a diffusion, en juillet 1991, de la normeN F P 98-253-1 relative à cet essai, une expérienced'exactitude de l'essai d ' o r n i é r a g e au sens de l a normeI S O 5725 a é t é réalisée par les Laboratoires des Pontset Chaussées.Cette expérience visait à déterminer la répétabilité et lareproductibilité de cet essai, qui sont les deux composantes de l a fidélité d'une m é t h o d e d'essai, l'exactitudese définissant pour sa part comme la somme de la justesse et de la fidélité.Pour déterminer la répétabilité, i l faut réaliser unnombre suffisant d'essais, qui doivent impérativementrespecter les conditions suivantes :— m ê m e s échantillons,— m ê m e m é t h o d e d'essai,— matériel identique,— m ê m e calibration,— m ê m e laboratoire,— m ê m e opérateur,— m ê m e s équipements annexes,— court intervalle de temps.BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 202 - MARS-AVRIL 1996 - RÉF. 4005 - PP. 3-!3

Pour évaluer la répétabilité moyenne d'unem é t h o d e , i l faut faire intervenir plusieurs laboratoires en respectant les conditions de reproductibilité, qui sont :— m ê m e s échantillons,— même méthode,— matériel identique.Pour déterminer la reproductibilité, i l faut sélectionner un nombre suffisant de participants,choisis pour être représentatifs de l'ensemble desutilisateurs de la m é t h o d e d'essai.Dans une expérience d'exactitude, le nombred'essais par laboratoire et le nombre de laboratoires doivent être tels que les deux grandeurs puissent être déterminées dans de bonnesconditions, m ê m e après élimination de certainsrésultats par différents tests statistiques, celaen conservant un nombre d'essais raisonnable.Programme des essaisA u sens de l a n o r m e , un essai d ' o r n i é r a g e estla moyenne des mesures effectuées sur deuxplaques identiques. Douze participants ontréalisé chacun quatre essais d ' o r n i é r a g e , ce quicorrespond donc au test de 96 plaques.Compte tenu du volume de travail important quecela représente, une seule formule et une seuleénergie de compactage ont été étudiées.L a confection des éprouvettes n'est pas intégréeà la m é t h o d e d'essai, mais fait l'objet de deuxautres normes. L ' é t u d e ne devant porter que surl'essai d ' o r n i é r a g e l u i - m ê m e , i l était indispensable d'éliminer tout facteur de variabilité nonlié à la m é t h o d e d'essai ; la confection de la totalité des éprouvettes a donc été confiée à un seullaboratoire.Les participantsL e choix des participants résulte d'une procédure différente de celle d'un essai interlaboratoire. E n particulier, i l est d e m a n d é à chaquepostulant de faire acte de candidature aprèsavoir pris connaissance des conditions matérielles de l'essai. Les candidats s'engagent àmener à terme l'ensemble des essais en appliquant la procédure fixée et en communiquanttous les résultats d e m a n d é s dans les délaisimpartis.Différentes catégories d'utilisateurs ont été définies pour que l'ensemble des participants soitaussi représentatif que possible de la populationdes laboratoires disposant de l'un des soixantedeux orniérieurs (fig. 1) diffusés au moment desessais. Les douze participants ont été tirés au sortdans chacune d'elle selon un nombre représentatif de l'importance de cette catégorie dans lapopulation des utilisateurs (fig. 2).Fig. 1 - Orniéreur.BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 202 - MARS-AVRIL 1996 - RÉF. 4005 - PP. 3-9

T o t a l i t é (62 a p p a r e i l s )AutresFig. 2 - RépartitionConfection des éprouvettesL a formule d ' e n r o b é s bitumineux utilisée a étémise au point par le Laboratoire régional desPonts et Chaussées ( L R P C ) de Clermont-Ferrandpour que la profondeur d'ornière soit de l'ordrede 8 % à 30 000 cycles.Il s'agit d'un béton bitumineux 0/10 Cusset(fig. 3) dosé à 6 % de bitume 50/70.Passant (%)desorniéreurs.nées, dans les conditions de répétabilité, encinq semaines par une équipe de trois personnes, le m ê m e technicien étant chargé del'opération de compactage. Pour éviter quedes facteurs non contrôlés ne viennent biaiserles résultats, un programme de confection aété établi. Il fixait les jours et heures deconfection de chaque éprouvette en suivant,pour chaque laboratoire et pourchaquemoule, une permutation circulaire de l'ordrede confection.100Mesures des massesvolumiques apparentesL ' é t u d e de l'essai d'orniérage a offert la possibilité de déterminer la répétabilité de la confectiondes plaques et de la mesure de la masse volumique apparente.CO-t -o"CMO"LO LOo"T-(M-3-CO CO OLOCDC\T1O Tamis (mm)Fig. 3 - Granulometrìedu béton bitumineux0/10 et de sesconstituants.semi-grenuPour suivre les dispositions de la normeN F P 98-253-1, les éprouvettes ont été confectionnées dans les moules devant servir auxessais. Ces moules ont été transmis au L R P Cde Saint-Quentin, chargé de la confection desplaques. C o m m e cette procédure interdit dereprendre une confection pour pallier d ' é v e n tuels incidents survenant au cours des essaisd ' o r n i é r a g e , i l a été décidé de fournir d'emblée deux plaques de secours à chaque laboratoire. 120 plaques ont donc été confection-Deux méthodes de mesures ont été appliquéessur chaque plaque : la mesure au banc gamma (trois niveaux de 31points chacun, fig. 4), la mesure géométrique, à partir de 93 mesuresde largeur et de 36 points de mesure d'épaisseuren utilisant le dispositif du banc gamma.L a répétabilité a été déterminée conformément à la norme en vigueur au moment desessais :r 2,8 . or (avec o r : écart-type des 120 massesvolumiques apparentes moyennes).Les valeurs obtenues ne s'appliquent, en touterigueur qu'au L R P C de Saint-Quentin, maisdonnent une bonne estimation de la répétabilité que l'on peut attendre de la m é t h o d ed'essai.BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 202 - MARS-AVRIL 1996 - RÉF. 4005 - PP. 3- 5

Mesure des d e n s i t é s apparentes s u r plaques d'orniéreurFig. 4 Implantationdespoints de mesuresau banc de gammadensimétrie.500 mmmËOÊÊÈMiÎÊÊM100 mm100 mmNiveau 3Niveau 2Niveau 1Él25 mm31 points par niveau; diamètre du faisceau 20 mm; distance entre deux points 15 mmMesure d'épaisseur50 mm100 mm30 mm'40 mm40 mm40 mm/ A 1 0 0 mm500 mm9 points sur 4 lignes, soit 36 pointsIl apparaît donc que lorsque les conditions derépétabilité sont correctement respectées, lecompacteur de plaques mlpc (fig. 5) permet laconfection de lots de plaques d'une h o m o g é n é i t étrès satisfaisante (tableau I).L'analyse de variance des teneurs en vides déterminées au banc gamma réalisée pour trois facteurs ( j de fabrication, rang dans le jour defabrication, moule) est non significative au seuilde 95 %.u rTABLEAU IPourcentages des vides déterminéssur 120 plaques d'orniérageMoyenneVisite technique des orniéreursÉcartRépétaMaximum uregéométrique4,850,453,555,901,25L a figure 6 donne la répartition des teneurs envides selon chacune des m é t h o d e s de mesure.E n marge de la détermination de la répétabilité,on a constaté q u ' i l n ' y a qu'une très mauvaisecorrélation entre ces deux m é t h o d e s (fig. 7).6Différents réglages et contrôles ont été effectuéspar chaque participant sur son matériel en suivant les indications d o n n é e s . A l'exception desdeux laboratoires étrangers (Suisse et Autriche),tous les orniéreurs ont été visités par des agentsdes L R P C de Clermont-Ferrand ou de SaintQuentin.Ces différentes observations ont permis de s'assurer notamment que les variations d'un laboratoire à l'autre concernant les charges appliquées,les surfaces de contact pneu-éprouvette et lesconditions de remise en température aprèschaque arrêt étaient acceptables selon la normede l'essai.BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 202 - MARS-AVRIL 1996 - RÉF. 4005 - PP. 3-9

Banc gamma (pourcentage de vides)5 rV 0,62 Vyg é o 0,83r 0,4922N 1203Fig. 5 - Compacteurde plaques.Fig. 7 - Corrélation entre les pourcentagesde videsles deux méthodes de mesure.Fig. 6 - Répartition d e s t e n e u r s e n videsselon chacune des méthodes de mesureN valeurs60456Mesure géométrique (pourcentage de vides)selonExécution des essaisBanc gamma (120 plaques)5040302010.I3% videsN valeurs60 ,-Les essais ont été réalisés conformément à lanorme, complétée par quelques instructionsparticulières sur la mise en place des éprouvettes, les conditions de préchauffage, l'ordre depassage, les arrêts pour mesure de la profondeur d'ornière, la durée des remises en t e m p é rature. L a période des essais a été délimitéepour éviter que les éprouvettes soient testées àdes âges trop différents. D i x participants surdouze ont c o m m e n c é entre l e 15 mars et le15 avril 1992 ; l ' â g e moyen des éprouvettes aumoment des essais était de cinq mois et demi.Pour l'ensemble des laboratoires, tous lesessais se sont déroulés dans une périodecomprise entre trois semaines et un mois, cequi n ' e x c è d e que de peu la durée minimale desessais : deux semaines. L a clause du courtintervalle de temps requis pour satisfaire auxconditions de répétabilité a donc été respectée.Mesure géométrique (120 plaques)Résultats50Les profondeurs d'ornière à 30 000 cycles desquatre essais d e m a n d é s à chaque unité sont présentés sur la figure 8 (pour l'expérience d'exactitude, la définition de l'essai est plus restrictiveque celle de la norme : i l faut entendre « lamoyenne des résultats obtenus sur deux plaquespassées simultanément à l'orniéreur »).403020103% videsCompte tenu du nombre et de la diversité deslaboratoires participants, on peut estimer que peud'anomalies ont été relevées : deux laboratoiresont signalé une panne de pression ou une crevaison en cours d'essai, qui les ont contraints àutiliser une ou deux plaques de secours. U n labo-B U L L E T I N D E S L A B O R A T O I R E S D E S P O N T S ET C H A U S S É E S - 2 0 2 - M A R S - A V R I L 1996 - R É F . 4005 - PP. 3-9

ratoire n'a pu maintenir la température d'essaidans les limites fixées par la norme : ses résultatsn'ont pas été pris en compte. Enfin, l ' u n desessais d'un autre laboratoire présente une ornièreà 30 cycles très inférieure à la valeur courante,mais progressant normalement ensuite. Il s'agit,vraisemblablement, d'un décalage de zéro. Dansle doute, l'essai a dû être éliminé. L a figure 8montre également la répartition des profondeursd ' o r n i è r e à 30 000 cycles des essais retenusavant traitement.D i s t r i b u t i o n des résultatsNombre d'essais12[]Essai retenus par INTER :HE s s a i s r e t e n u s a prioriJ Totalité d e s résultats1986 entre quatre orniéreurs. L ' é c a r t entre larépétabilité et la reproductibilité peut apparaîtrefaible, mais la plus grande variabilité des résultats constatée chez trois participants sur onze (tableau II) a affecté sensiblement la répétabilitémoyenne de la m é t h o d e d'essai.L a reproductibilité pourrait être améliorée dansune certaine mesure. E n effet, le dépouillementdes essais et les observations ont mis en évidence deux difficultés rencontrées dans laconduite de l'essai : la calibration de la charge etla régulation de température.L a vérification des matériels effectuée maintenant par l ' é q u i p e du L R P C d'Angers répond ausouci d'une bonne calibration de la force appliquée sur l'éprouvette. Entre ces vérifications,cette difficulté pourrait être réglée par la mise aupoint d'un appareil de mesure spécifique, quiserait utilisable par les possesseurs d'orniéreureux-mêmes.TABLEAU IIDispersion des résultats retenuspour chaque laboratoireI I I7I(%) surL a dispersion de ces essais, estimée par l'écarttype des résultats, est d o n n é e pour chaque participant à 1 000 et 30 000 cycles (tableau II). Cetécart-type varie beaucoup d'un laboratoire àl'autre. Toutefois, comme huit valeurs sur onzesont comprises entre 0,1 et 0,3 %, on peutestimer que ce résultat confirme globalement lecaractère opérationnel de l'appareil et de lam é t h o d e d'essai.Les différents tests d ' h o m o g é n é i t é ou de normalité des résultats ont été réalisés par le logiciel INTER développé par J . - C . B l i n ( L R P Cd'Angers). C e logiciel a également effectué lescalculs de répétabilité et de reproductibilité.Les principaux résultats sont récapitulés dans letableau III.Les tests conduisant à l'élimination de laboratoires sont sévères. A 30 000 cycles, le simpleexamen de la répartition des résultats de l ' u n desdeux laboratoires exclus ne permet pas de comprendre les raisons de son exclusion.L a répétabilité et la reproductibilité apparaissenttrès satisfaisantes pour l'essai d ' o r n i é r a g e . Ellessont meilleures que ne le laissaient prévoir lesconclusions d'une étude exploratoire exécutée ,599,5Profondeur d'ornière à 30 0 0 0 cyclesFig. 8 - Profondeurd'ornièreà 30 000 cyclesl'ensemble des essaisréalisés.30 000 cycles1 000 07,250,20P4,150,656,950,65TABLEAU IIIRécapitulation des principaux résultatsde l'expérience d'exactitude1 000 cycles30 000 cycles99Nombrede laboratoires retenusCauses des éliminations- normalité refusée- v a r i a n c e t r o p forte- LLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 202 - MARS-AVRIL 1996 - RÉF. 4005 - PP. 3-9

L e maintien de la température pendant le déroulement de l'essai est rendu délicat par les positionsrespectives de la sonde de mesure et de la sondede régulation. E n effet, la norme prévoit l'implantation de la sonde de mesure au milieu de la longueur de la plaque, côté intérieur de l'orniéreur,alors que la sonde du dispositif de régulation doitêtre placée près de l'une des extrémités de laplaque, côté extérieur. L'échauffement provoquépar le passage de la roue est à l'origine d'une augmentation des écarts de température entre cesdeux points. Lorsque cette différence apparaît,deux comportements sont observés : certains opérateurs constatent cet écart qui ne cesse de secreuser, d'autres agissent sur le point de consignedu régulateur pour éviter de sortir des limitesautorisées. Ces deux attitudes pouvant être justifiées, i l importe qu'une décision soit prise pourunifier les pratiques en attendant d'imposer lerapprochement des deux sondes.ConclusionsL a détermination de la fidélité de l'essai d'orniérage par le calcul de la répétabilité et la reproductibilité selon la norme ISO 5725 a été réaliséesur un béton bitumineux présentant une sensibilité moyenne aux déformations permanentes.Pour ne tester que la m é t h o d e d'essai décritedans la norme N F P 98-253-1, on a essayé delimiter toutes les autres causes de variabilité.C'est pour cette raison que, notamment, la fabrication a été concentrée dans un m ê m e laboratoire, qu'une visite préalable des appareils a étéréalisée pour vérifier que les procédures de calibration appliquées étaient les m ê m e s et quechacun suivait bien la m ê m e méthode d'essai.Ces précautions permettent d'espérer que lesvariations constatées ne proviennent pas decauses extérieures au champ de la norme.Les essais ont été réalisés par un groupe de laboratoires, aussi représentatif que possible de latotalité des utilisateurs, ce qui laisse penser quela fidélité calculée à l'issue des essais est extrapolable à l'ensemble des laboratoires pratiquantl'essai.Les résultats paraissent satisfaisants compte tenudes seuils fixés par les normes relatives à la définition et à la caractérisation des différentesfamilles d ' e n r o b é s . Toutefois, i l semble que larépétabilité et la reproductibilité pourraient êtreencore améliorées. Il faudrait, notamment, pourcela que les utilisateurs, ou les organismeschargés de la vérification des appareils, puissentdisposer d'un appareil de calibration de la forceappliquée qui tienne compte des spécificitésde l'orniéreur. D'autre part, la modification desprescriptions de la norme concernant les positions des sondes de température pourrait réduirel'effet « laboratoire » et améliorer ainsi la fidélité de l'essai.ABSTRACTA n e x p e r i m e n t t o d e t e r m i n e t h e a c c u r a c y of t h e r u t t i n g test a n d t h e repeatability of slab c o m p a c t i o nR. HIERNAUXThe tutting test is at present the? only test provided foi in the French method oF studying the formulation of bituminousmixes to determino their resistance to permanent deformations. In 1992 it was the .subject ol an experiment designed todetermine its repeatability and reproducibility as defined in the ISO S725 standard applicable to iritor-laboiatory tesis Inorder to achieve a satisfactory compromise between the number of laboratories participating and the number of repetitions pel laboratory, it was decided to select 12 laboratories representative of (tie overall distribution of rutting testmachines, with each laboratory perfoiming 4 tests. Since each test was to conespond to the average measurementsmade on two samples one of them was necessary to pioduce 96 plates, to winch were added 24 reserve plates. Toavoid introducing bias, the plate;, were all made in the same laboratory. To keep the study down to reasonable proportions, the experiment covered only a single compacted formula and a single compaction onoiyy.The results appear satisfactory in respect of the thresholds set by the standards defining the different categories ofasphalt concrete, since the aveiage repeatability was 1.10'-'-. and Hie reproducibility 1 l ñ - . The lopcat.ibility of thevoids talio of the plates, determined by rpmmadensitometry in a single laboratory, was 1.1U'.BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 202 - MARS-AVRIL 1996 - RÉF. 4005 - pp. 3- 9

moule, une permutation circulaire de l'ordre de confection. Mesures des masses volumiques apparentes L'étude de l'essai d'orniérage a offert la possibi lité de déterminer la répétabilité de la confection des plaques et de la mesure de la masse volu-mique apparente. Deux méthodes de mesures ont été appliquées sur chaqu e plaqu :

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